从数据到代码——基于T4的代码生成方式

在之前写一篇文章《从数据到代码》（上篇、下篇）中，我通过基于CodeDOM+Custom Tool的代码生成方式实现了将一个XML表示的消息列表转换成了相应的C#代码，从而达到了强类型编程的目的。实际上，我们最常用的代码生成当时不是CodeDOM，而是T4，这是一个更为强大，并且适用范围更广的代码生成技术。今天，我将相同的例子通过T4的方式再实现一次，希望为那些对T4不了解的读者带来一些启示。同时这篇文章将作为后续文章的引子，在此之后，我将通过两篇文章通过具体实例的形式讲述如果在项目将T4为我所用，以达到提高开发效率和保证质量的目的。[这里有T4相关的资料][文中的例子可以从这里下载]

目录
一、我们的目标是：从XML文件到C#代码
二、从Hello World讲起
三、T4模板的基本结构
四、通过T4模板实现从“数据到代码”的转变
五、T4的文本转化的实现

一、我们的目标是：从XML文件到C#代码

再次重申一下我们需要通过“代码生成”需要达到的目的。无论对于怎么样的应用，我们都需要维护一系列的消息。消息的类型很多，比如验证消息、确认消息、日志消息等。我们一般会将消息储存在一个文件或者数据库中进行维护，并提供一些API来获取相应的消息项。这些API一般都是基于消息的ID来获取的，换句话说，消息获取的方式是以一种“弱类型”的编程方式实现的。如果我们能够根据消息存储的内容动态地生成相应的C#或者VB.NET代码，那么我们就能够以一种强类型的方式来获取相应的消息项了。

比如说，现在我们定义了如下一个MessageEntry类型来表示一个消息条目。为了简单，我们尽量简化MessageEntry的定义，仅仅保留三个属性Id、Value和Category。Category表示该消息条目所属的类型，你可以根据具体的需要对其分类（比如根据模块名称或者Severity等）。Value是一个消息真实的内容，可以包含一些占位符（{0}，{1},…{N}）。通过指定占位符对用的值，最中格式化后的文本通过Format返回。

public class MessageEntry
{
    public string Id { get; private set; }
    public string Value { get; private set; }
    public string Category { get; private set; }

    public MessageEntry(string id, string value, string category)
    {
        this.Id         = id;
        this.Value      = value;
        this.Category   = category;
    }
    public string Format(params object[] args)
    {
        return string.Format(this.Value, args);
    }
}

现在我们所有的消息定义在如下一个XML文件中，<message>XML元素代码一个具体的MessageEntry，相应的属性（Attribute）和MessageEntry的属性（Property）相对应。

<?xml version="1.0" encoding="utf-8" ?>
<messages>
  <message id="MandatoryField" value="The {0} is mandatory."  category="Validation"/>
  <message id="GreaterThan" value="The {0} must be greater than {1}."  category="Validation"/>
  <message id="ReallyDelete" value="Do you really want to delete the {0}."  category="Confirmation"/>
</messages>

在上面的XML中，定义了两个类别（Validation和Confirmation）的三条MessageEntry。我们需要通过我们的代码生成工具生成一个包含如下C#代码的CS文件。

public static class Messages
{
    public static class Validation
    {
        public static MessageEntry MandatoryField = new MessageEntry("MandatoryField", "The {0} is mandatory.", "Validation");
        public static MessageEntry GreaterThan = new MessageEntry("GreaterThan", "The {0} must be greater than {1}.", "Validation");
    }
    public static class Confirmation
    {
        public static MessageEntry ReallyDelete = new MessageEntry("ReallyDelete", "Do you really want to delete the {0}.", "Confirmation");
    }
}

那么如何通过T4的方式来实现从“数据”（XML）到“代码”的转换呢？在投入到这个稍微复杂的工作之前，我们先来弄个简单的。

二、从Hello World讲起

我们之前一直在讲T4，可能还有人不知道T4到底代表什么。T4是对“Text Template Transformation Toolkit”（4个T）的简称。T4直接包含在VS2008和VS2010中，是一个基于文本文件转换的工具包。T4的核心是一个基于“文本模板”的转换引擎（以下简称T4引擎），我们可以通过它生成一切类型的文本型文件，比如我们常用的代码文件类型包括：C#、VB.NET、T-SQL、XML甚至是配置文件等。

对于需要通过T4来进行代码生成工作的我们来说，需要做的仅仅是根据转换源（Transformation Source），比如数据表、XML等（由于例子简单，HelloWord模板没有输入源）和目标文本（比如最终需要的C#或者T-SQL代码等）定义相应的模板。T4模板作用就相当于进行XML转化过程中使用的XSLT。

T4模板的定义非常简单，整个模板的内容包括两种形式：静态形式和动态动态。前者就是直接写在模板中作为原样输出的文本，后者是基于某种语言编写代码，T4引擎会动态执行它们。这和我们通过内联的方式编写的ASP.NET页面很相似：HTML是静态的，以C#或者VB.NET代码便写的动态执行的代码通过相应的标签内嵌其中。为了让读者对T4模板有一个直观的认识，我们先来尝试写一个最简单的。假设我们需要通过代码生成的方式生成如下一段简单的C#代码：

using System;

namespace Artech.CodeGeneration
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("Hello, {0}", "Foo");
            Console.WriteLine("Hello, {0}", "Bar");
            Console.WriteLine("Hello, {0}", "Baz");
        }
    }
}

现在我们直接通过VS来创建一个T4模板来生成我们期望的C#代码。右击项目文件，选择"Add"|"New Item",在模板列表中选择"Text Template"。指定文件名后确定，一个后缀名为.tt的文件会被创建，然后在该文件中编写如下的代码。

<#@ template debug="false" hostspecific="false" language="C#" #>
<#@ assembly name="System.Core.dll" #>
<#@ import namespace="System" #>
<#@ output extension=".cs" #>
using System;

namespace Artech.CodeGeneration
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            <#
            foreach(var person in this.InitializePersonList())
            {
            #>
                Console.WriteLine("Hello, {0}","<#=  person#>");
            <#
            }
            #>
        }
    }
}

<#+
    public string[] InitializePersonList()
    {
        return new string[]{"Foo","Bar","Baz"};
    }
#>

保存该文件后，一个.cs文件将会作为该TT文件的附属文件被添加（如右图所示的HelloWorld.cs）。上述的这个TT文件虽然简单，却包含了构成一个T4模板的基本元素。在解读该T4模板之前，我们有必要先来了解一个完整的T4模板是如何构成的。

三、T4模板的基本结构

假设我们用“块”（Block）来表示构成T4模板的基本单元，它们基本上可以分成5类：指令块（Directive Block）、文本块（Text Block）、代码语句块（Statement Block）、表达式块（Expression Block）和类特性块（Class Feature Block）。

1、指令块（Directive Block）

和ASP.NET页面的指令一样，它们出现在文件头，通过<#@…#>表示。其中<#@ template …#>指令是必须的，用于定义模板的基本属性，比如编程语言、基于的文化、是否支持调式等等。比较常用的指令还包括用于程序集引用的<#@ assembly…#>，用于导入命名空间的<#@ import…#>等等。

2、文本块（Text Block）

文本块就是直接原样输出的静态文本，不需要添加任何的标签。在上面的模板文件中，处理定义在<#… #>、<#+… #>和<#=… #>中的文本都属于文本块。比如在指令块结束到第一个“<#”标签之间的内容就是一段静态的文本块。

using System;

namespace Artech.CodeGeneration
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {

3、代码语句块（Statement Block）

代码语句块通过<#Statement#>的形式表示，中间是一段通过相应编程语言编写的程序调用，我们可以通过代码语句快控制文本转化的流程。在上面的代码中，我们通过代码语句块实现对一个数组进行遍历，输出重复的Console.WriteLine(“Hello, {0}”, “Xxx”)语句。

<#
foreach(var person in this.InitializePersonList())
{
#>
    Console.Write("Hello, {0}","<#=  person#>");
<#
}
#>

4、表达式块（Expression Block）

表达式块以<#=Expression#>的形式表示，通过它之际上动态的解析的字符串表达内嵌到输出的文本中。比如在上面的foreach循环中，每次迭代输出的人名就是通过表达式块的形式定义的（<#=  person#>）

5、类特性块（Class Feature Block）

如果文本转化需要一些比较复杂的逻辑，我们需要写在一个单独的辅助方法中，甚至是定义一些单独的类，我们就是将它们定义在类特性块中。类特性块的表现形式为<#+ FeatureCode #>，对于Hello World模板，得到人名列表的InitializePersonList方法就定义在类特性块中。

<#+
    public string[] InitializePersonList()
    {
        return new string[]{"Foo","Bar","Baz"};
    }
#>

了解T4模板的“五大块”之后，相信读者对定义在HelloWord.tt中的模板体现的文本转化逻辑应该和清楚了吧。

四、通过T4模板实现从“数据到代码”的转变

现在我们来完成我们开篇布置得任务：如何将一个已知结构的表示消息列表的XML转换成C#代码，使得我们可以一强类型的编程方式获取和格式化相应的消息条目。我们的T4模板定义如下

<#@ template debug="false" hostspecific="true" language="C#" #>
<#@ assembly name="System.Core.dll" #>
<#@ assembly name="System.Xml" #>
<#@ import namespace="System" #>
<#@ import namespace="System.Xml" #>
<#@ import namespace="System.Linq" #>
<#@ output extension=".cs" #>

namespace MessageCodeGenrator
{
    public static class Messages
    {
        <#
        XmlDocument messageDoc = new XmlDocument();
        messageDoc.Load(this.Host.ResolvePath("Messages.xml"));

        var messageEntries = messageDoc.GetElementsByTagName("message").Cast<XmlElement>();
        var categories = (from element in messageEntries
                            select element.Attributes["category"].Value).Distinct();
        foreach (var category in categories)
        {
            #>
public  static class <#=  category#>
            {
                <#
                foreach (var element in messageDoc.GetElementsByTagName("message").Cast<XmlElement>().Where(element => element.Attributes["category"].Value == category))
                {
                    string id           = element.Attributes["id"].Value;
                    string value        = element.Attributes["value"].Value;
                    string categotry    = element.Attributes["category"].Value;
                #>
public static MessageEntry <#= id #> = new MessageEntry("<#= id #>","<#=  value#>","<#=  categotry#>");
            <#  } #>
            }
    <# } #>
    }
}

模板体现出来的转化流程就是：加载XML文件（Messages.xml），然后获取所有的消息类别，为每个消息类别创建一个内嵌于静态类Messages中的以类别命名的类。然后遍历每个类别下的所有消息条目，定义类型为MessageEntry的静态熟悉。

在这里有一点需要特别指出的是：整个代码生成的输入，即XML文件Messages.xml和模板文件位于相同的目录下，但是我们需要通过Host属性的ResolvePath方法去解析文件的物理路径。对ResolvePath方法的调用，需要模板<#@ template …#>指令中的hostspecific设置为true。

<#@ template debug="false" hostspecific="true" language="C#" #>

五、T4的文本转化的实现

和我之前采用的代码生成方式（CodeDOM+Custom Tool）一样，对于T4模板的代码生成，VS最终还是通过Custom Tool来完成的。如果你查看TT文件的属性，你会发现Custom Tool会自动设置成：TextTemplatingFileGenerator。

当TextTemplatingFileGenerator被触发后（修改后的文件被保存，或者认为执行Custom Tool），会通过T4引擎完成文本的转换和输出工作。具体来讲，T4引擎的文本转化和输出机制可以通过下图来表示。T4引擎首先对模板的静态内容和动态内容进行解析，最终生成一个继承自Microsoft.VisualStudio.TextTemplating.TextTransformation的类，所有的文本转化逻辑被放入被重写的Transformation方法中。然后动态创建该对象，执行该方法并将最终的类型以附加文件的形式输出来。

 

从数据到代码——通过代码生成机制实现强类型编程[上篇]
从数据到代码——通过代码生成机制实现强类型编程[下篇]
从数据到代码——基于T4的代码生成方式
创建代码生成器可以很简单：如何通过T4模板生成代码？[上篇]
创建代码生成器可以很简单：如何通过T4模板生成代码？[下篇]